在学习与开发ARM处理器的过程中,一个不能绕开的话题就是异常处理流程。它在ARM的体系架构中,占据着不可动摇的重要地位。此处就以Coterx-A系列的ARM处理器简单分析一下异常中断处理流程。
说异常处理流程之前,我们先说一下ARM处理器的工作模式和异常源。
在Coterx-A系列之前的ARM处理器,一共有个基本工作模式:
User : 非特权模式,大部分任务执行在这种模式;
FIQ : 当一个高优先级(fast) 中断产生时将会进入这种模式;
IRQ : 当一个低优先级(normal) 中断产生时将会进入这种模式;
Supervisor :当复位或软中断指令执行时将会进入这种模式;
Abort : 当存取异常时将会进入这种模式;
Undef : 当执行未定义指令时会进入这种模式;
System : 使用和User模式相同寄存器集的特权模式;
而Coterx-A系列处理器则多了一种工作模式:
Monitor : 是为了安全而扩展出的用于执行安全监控代码的模式;
简单介绍完异常源和工作模式后,就分析一下异常处理流程。
我们先想一下现实生活中遇到的类似情况,看看我们是怎么处理的。假如我们现在正在听歌,突然门铃响了,我们怎么办呢?首先把歌暂停一下,也就是保存当前正在播放的状态。然后去开门看看是谁,忙完了,继续回来听歌。总结一下:突然情况发生时,保存当前状态,去处理突发事件,完成后,恢复保存的状态,继续进行。
而在ARM内核规定的异常处理流程也采用了类似的流程。
当异常产生时, ARM core:
拷贝 CPSR 到 SPSR_
设置适当的 CPSR 位:
改变处理器状态进入ARM态
改变处理器模式进入相应的异常模式
设置中断禁止位禁止相应中断 (如果需要)
保存返回地址到 LR_
设置 PC 为相应的异常向量
返回时, 异常处理需要:
从 SPSR_恢复CPSR
从LR_恢复PC
以上所有的操作都是在ARM态下进行的。大家看看这个流程是否符合我们从实际生活中所总结的流程。
异常发生时,ARM Core自动保存CPSR->SPSR(对应的异常模式下的SPSR寄存器)、保存返回地址->LR(对应的异常模式下的LR寄存器),这些操作都是为了保存现场,以便将来返回。而设置CPSR则是为了处理异常。保存的返回地址则是异常发生前正在执行指令的下一条指令的地址,即此时的(pc-4)。
处理完成时,我们自己需要恢复CPSR、PC则是为了继续执行异常发生前的指令。
而ARM汇编中的跳转指令的执行也才用了同样的流程。大家有兴趣的话,可以自己编写代码调试,观察现象。